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JP4510702B2 - 高速画像縮小装置および方法 - Google Patents

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Description

本発明は、符号化された画像データを復号化し、表示等使用される際に適当な解像度に縮小する処理を、高速に行う装置および方法に関する。
近年、メガピクセルサイズの画像をデジタルカメラなどで容易に撮影することができるようになり、そういった画像の画像データがインターネット上にも多く流通している。そのため、上述のような大きなサイズの画像データを表示・生成・配信等する際に、その処理に大幅に時間がかかっていたため、より高速に処理をする方法・装置が提案されている。
例えば特許文献1では、携帯電話などの通信機器有するカメラが撮影した画像をメールに添付して送信する場合に、受信先の通信機器が有するカメラのスペックに合わせて前記画像の解像度等を調整する処理を行う中継基地を開示しており、当該中継機器による画像処理によって、送信元と受信先のカメラの性能の違いに起因する画質のばらつきを抑えることが提案されている。
画像データの標準的なフォーマットとして、静止画ではJPEG、動画ではMPEGフォーマットがよく用いられている。これらJPEGやMPEGでは、画像は、離散コサイン変換(DCT)などの直交変換によってデータ圧縮されている。画像データを復号化(デコード)するときに、逆DCTなどの直交変換の逆変換を行い、それに伴い、縮小処理の一部を行うことで、「復号化」から「縮小」という一連の画像処理の高速化を図ることができる。
例えば特許文献2では、JPEG圧縮画像データを、指定された縮小率に従って周波数領域においてデータ選択をした後に、逆DCT変換することが提案されている。
特開2004−56662号 特開2003−32482号
しかし上述の方法では、直交変換の際に縮小処理におけるフィルタリングを兼ねることでN/8(N=1,2,・・・,7)の縮小が可能であった。そうすると、処理速度は速まっても、縮小画像の精度が落ちていたり、あるいは、十分な処理速度を得られないという問題があった。
本発明は、上述の問題点を解決し、画像データの複合化・縮小処理においてさらに高速処理を実現したまま、高速化のために特に精度を落とすということなく、任意の縮小率による縮小処理を行えるようにすることを課題とする。
本発明の画像処理方法は、直交変換および可変長符号化を用いて符号化された画像データを、可変長復号化および直交逆変換を用いて復号化し、且つ、予め設定した目標解像度に解像度変換する画像処理方法であって、前記画像データを可変長復号化により復号し、前記画像データの解像度を取得し、前記取得した解像度と前記目標解像度とを比較して、当該比較結果に応じて直交逆変換において用いる低周波成分を決定し、前記比較結果に応じて、直交逆変換のみによる縮小方法か、直交逆変換および他の縮小アルゴリズムを用いる縮小方法か、前記他の縮小アルゴリズムのみを用いる縮小方法か、いずれの縮小方法を採用するか決定し、決定した縮小方法に応じて前記復号化された画像データを縮小することを特徴とするものである。
ここで、「直交変換」とは、画像の輝度データを周波数領域へ変換する処理であって、例えば、DCT(離散コサイン変換)これに当たる。特に、「画像データ」がJPEG形式の場合は、直交変換ではこのDCTが用いられている。また、「直交逆変換」としては、例えば、逆DCT(逆離散コサイン変換)がこれに当たる。
またここで、前記設定した解像度と前記取得した解像度との比較結果に応じて、直交逆変換に用いる変換行列を零要素が多い行列式に適宜変形したものを用いるものとする。具体的な行列式は、後述する。
また、本発明の画像処理装置は、直交変換および可変長符号化を用いて符号化された画像データを、可変長復号化および直交逆変換を用いて復号化し、且つ、予め設定した目標解像度に解像度変換する画像処理を行う画像処理装置であって、前記画像データを受信する受信手段と、前記画像データを復号化し且つ縮小する画像処理手段と、前記画像処理手段によって得られた画像データを表示する表示手段とからなり、前記画像処理手段は、前記画像データを復号化する復号化手段と、前記画像データの元画像の解像度を取得する解像度取得手段と、前記取得した解像度と、予め設定されている目標解像度とを比較し、直交逆変換において用いる低周波成分を決定する周波数決定手段と、前記周波数決定手段が決定した低周波成分のみを用いて、前記復号化された画像データを、直交逆変換する逆変換手段と、逆変換された画像データを縮小アルゴリズムにより縮小する縮小処理手段と、前記取得した解像度と前記目標解像度から、最適な縮小方法を決定する縮小方法決定手段とを備えることを特徴とするものである。
ここで、前記縮小方法決定手段は、決定した低周波成分のみを用いて直交逆変換をすることによる縮小方法か、決定した周波数成分のみを用いて直交逆変換をしてさらに一般的な縮小アルゴリズムを用いて縮小する縮小方法か、すべての周波数成分を用いて直交逆変換をしたものを一般的な縮小アルゴリズムを用いて縮小する縮小方法(すなわち、縮小処理は縮小処理手段のみが行う縮小方法)の、いずれかのうち、演算量や得られる縮小画像の精度の点で、最も効率のよい方法を決定するものである。
上記の方法によって、画像データの解像度と予め設定した解像度に応じで、効率よく復号化処理と縮小処理を実施することができ、処理の高速化を図ることができる。また、処理の高速化のために、得られる縮小画像の精度を悪くすることもない。
本発明は、直交変換および可変長符号化を用いて符号化された画像データに対して、画像処理を施すものである。ここで、「直交変換および可変長符号化を用いて符号化された画像データ」とは、画像の輝度データを、直交変換によって周波数領域に変換し、さらに周波数領域での係数を可変符号化を用いて表すことで、圧縮されたものを指す。本発明は、具体的には、上記のような状態で画像データを受信する携帯電話などの端末に対して、適用するものである。すなわち、画像添付メールを受信して、添付画像の表示を最適に行う場合等に適用することができる。
また、画像データは、一般的なJPEGやMPEGなどの圧縮方式により符号化されているものとする。ここでは、8×8のDCT変換を用いて直交変換を行っているJPEGによって圧縮された画像データを扱う場合を例にとって説明する。
具体的な手順は、図1に示すとおりである。
まず、直交変換および可変長符号化を用いて符号化された画像データが入力されると、それを可変長復号化する(St.101)。その一方で、入力された画像データの解像度を取得する(St.102)。このとき、入力された画像データの解像度は、例えば、そのヘッダ部などから読み取るようにすればよい。続いて、入力された画像データの解像度を取得すると、予め設定された解像度(以下、目標解像度と呼ぶ)と取得した解像度とを比較した上で、直交逆変換に用いる低周波成分を決定する(St.103)。ここで、目標解像度は、取得された解像度と同じかあるいは低い値をとるものとする。
直交逆変換に用いる低周波成分の決定について、以下に述べる。
入力された画像データのフォーマットが、例えば、JPEGの場合は、8×8画素のDCT変換を用いて直交変換がされているため、直交逆変換の際には、DCT係数の一部を用いて逆変換をすることで、元の画像(入力された画像データの元の画像)の1/8,2/8,3/8・・・7/8の大きさに縮小することが可能である。
もしも目標解像度が、取得された解像度のN/8(N=1,2,3,・・・7)の場合は、N×Nの低周波成分を用いて直交逆変換をすればよい。
もしも目標解像度が、取得された解像度に対して上記以外の値をとる場合は、上記のN/8(N=1,2,3,・・・7)のうち最も近くなる値を求め、そのときのNの値から、直交逆変換に用いるN×Nの低周波成分を決定する。例えば、7/16に縮小する場合は、それに最も近い値は4/8であるからN=4となり、直交逆変換に用いるのは4×4の低周波成分と決定される。
続いて、目標解像度と取得した解像度の比に応じて、演算量・得られる縮小画像の精度・効率の面から、最も適した縮小処理の方法を決定する(St.104)。
縮小処理の方法としては、まず第1に、前記決定した低周波成分を用いて直交逆変換を実施するのみで、画像データを目標解像度へ縮小するものである(St.105)。これは、目標解像度が取得された解像度のN/8(N=1,2,3,・・・7)の場合に、選択する。
第2に、直交逆変換と双三次補完などの一般的な縮小アルゴリズムの両方を用いて、目標解像度へ縮小するものである(St.106,St.107)。これは、目標解像度が取得された解像度のN/8(N=1,2,3,・・・7)以外の値をとる場合に選択する。例えば、目標解像度が、取得した解像度に対してN/8以外の値をとった場合は、目標解像度に最も近い値を用いて決定された低周波成分によって直交逆変換が為される。これによって、目標解像度に近い解像度まで画像が縮小されていることになるが、目標とする解像度への縮小処理は完了していない状態である。例えば、7/16へ縮小する場合は、一端、4×4の低周波成分を用いて4/8への縮小が為されているものの、目標とする解像度への縮小処理は完了していない。この4/8へ縮小された画像データに対して、別の縮小アルゴリズムを適用することによって、目標とする値(この場合は、7/16)へ縮小する。このときの「縮小アルゴリズム」としては、例えば、双三次補完などの一般的な縮小アルゴリズムが挙げられる。
尚、目標解像度の値によっては、低周波成分を選択した上で直交逆変換をして、さらに縮小アルゴリズムを用いて縮小処理を完了するよりも、すべての周波数成分を用いて高速逆DCTによって直交逆変換を行い(St.108)、縮小アルゴリズムを用いて縮小処理を実施するほうが(St.109)、得られる画像の精度や演算量の点で効率がよい場合もある。その場合は、縮小処理については一般的な縮小アルゴリズムのみを用いて、目標解像度への縮小処理を実施すればよい(St.109)。例えば、13/16に縮小する場合は、上述した手順に沿った場合は、それに最も近い値は7/8であるからN=7となり、直交逆変換に用いるのは7×7の低周波成分と決定され、その低周波成分を用いて直交逆変換を実施した後に、13/16への縮小処理を実施することになる。しかし、このような手順によって縮小処理を実施するよりも、可変復号化された画像データのすべての周波数成分を用いて高速逆DCTにより直交逆変換をした後に双三次補完による13/16への縮小処理を実施したほうが、得られる画像の精度がよく、あるいは、より高速に処理をすることが可能である。
上記のいずれかの方法によって縮小された画像データが、表示手段等へ出力される。
次に、直交逆変換を実施する際の具体的な方法について説明する。これは、逆DCT変換を行う場合の行列式を、零要素が多い行列へ分解することによって高速化を実現するものである。以下に、Nの値に応じた、高速逆DCTアルゴリズムを示す。
N=3の場合
一般的に、1次元逆DCTの式は、以下のようなものである。
Figure 0004510702
ここで、f(x)は1次元サンプル値、F(u)は、1次元DCT係数を示すものである。また、Nは縮小率N/8におけるNと同じ値である。
N=3の場合、以下のような行列式で書き表すことができる。
Figure 0004510702
ここで、
Figure 0004510702
とする。
このときの行列式は、以下のように変形することが可能である。
Figure 0004510702
あるいは、以下のような変形も可能である。
Figure 0004510702
(数2)を用いた時の、演算処理は、乗算が7回で加減算が5回となるが、(数4)あるいは(数5)の行列式を用いた場合の演算処理は、乗算が4回で加減算が4回となり、大幅に演算処理の高速化を図ることができる。

N=5の場合
同様に、N=5、すなわち5/8へ縮小する場合の行列式は、以下のようなものである。
Figure 0004510702
このときの行列式は、以下のように変形することが可能である。
Figure 0004510702
そうすると、(数6)の行列式を用いた場合は、その演算量は、乗算が25回で加減算が20回であるのに対し、(数7)の行列式を用いた場合は、乗算が11回で加減算が12回となり、大幅に演算処理の高速化を図ることができる。

N=6の場合
同様に、N=6、すなわち6/8へ縮小する場合の行列式は、以下のようなものである。
Figure 0004510702
このときの行列式は、以下のように変形することが可能である。
Figure 0004510702
そうるすと、(数8)の行列式を用いた場合は、その演算量は、乗算が36回で加減算が30回であるのに対して、(数9)の行列式を用いた場合は、乗算が16回で加減算が17回となり、大幅に演算処理の高速化を図ることができる。

N=7の場合
同様に、N=7、すなわち7/8へ縮小する場合の行列式は、以下のようなものである。
Figure 0004510702
このときの行列式は、以下のように変形することが可能である。
Figure 0004510702
そうすると、(数10)の行列式を用いた場合は、その演算量は、乗算が49回で加減算が42回であるのに大して、(数11)の行列式を用いた場合は、乗算が22回で加減算が24回となり、大幅に演算処理の高速化を図ることができる。
以上説明した、N=3,5,6,7における変形された行列式を用いた直交逆変換によれば、高速にDCT逆変換を実施することができる。尚、N=1,2,4の場合については、一般的な高速逆DCTアルゴリズムを採用すればよい。
以上、本発明の画像処理方法について説明したが、以下では、本発明の画像処理方法を実施する形態の一つとして画像処理装置の構成について詳細に説明する。画像処理装置としては、具体的に、画像添付メールを送受信して表示可能な携帯電話端末や、パーソナルコンピュータ、あるいは、表示手段を備えるプリンタなどがある。
本発明の画像処理装置1は、少なくとも、図2に示すように「直交変換およぎ可変長符号化を用いて符号化された画像データ」を受信する受信手段10と、受信した画像データを復号化し且つ縮小する画像処理手段20、画像処理された画像データを表示する表示手段30を備えるものとする。
ここで、受信手段10は、JPEGやMPEGなどのフォーマットに圧縮された画像を入力あるいは受信することで受け付ける手段である。
画像処理手段20は、受信した画像データを可変長復号化する復号化手段201と、受信した画像データのヘッダ部分等から、その元画像の画素数、すなわち元画像の解像度を取得する取得手段202と、取得した元画像の解像度と表示手段30の表示可能な画素数によって予め設定されている目標解像度とを比較して直交逆変換で用いる低周波成分を決定する周波数決定手段203と、前記目標解像度と前記取得した解像度に応じて最適な縮小方法を決定する縮小方法決定手段204と、決定された低周波成分を用いて直交逆変換を実施する逆変換手段205と、一般的な縮小アルゴリズムを用いて縮小処理を実施する縮小処理手段206を備えるものである。
ここで、受信した画像データのフォーマットが、例えば、JPEGの場合は、8×8画素のDCT変換を用いて直交変換がされているため、直交逆変換の際には、DCT係数の一部を用いて逆変換をすることで、元の画像(入力された画像データの元の画像)の1/8,2/8,3/8・・・7/8の大きさに縮小することが可能である。
従って、周波数決定手段203においては、例えば、目標解像度が、取得された解像度のN/8(N=1,2,3,・・・7)の場合は、直交逆変換ではN×Nの低周波成分を用いるように設定する。あるいは、目標解像度が、取得された解像度に対して上記以外の値をとる場合は、上記のうち最も近くなる値を求め、そのときのNの値から、直交逆変換に用いるN×Nの低周波成分を決定する。例えば、7/16に縮小する場合は、それに最も近い値は4/8であるからN=4となり、直交逆変換に用いるのは4×4の低周波成分と決定する。
続いて、縮小方法決定手段204は、取得された解像度と目標解像度から、演算量・縮小画像の精度・効率等を考慮して、最適な縮小方法を決定する。
具体的には、目標解像度が取得された解像度に対してN/8の値である場合には、周波数決定手段203で決定された低周波成分を用いて、逆変換手段205において直交逆変換を行うのみとする。
あるいは、目標解像度が取得された解像度に対してN/8以外の値である場合には、周波数決定手段203で決定された低周波成分を用いて、逆変換手段205において直交逆変換を行うことで目標解像度に近い解像度まで縮小し、さらに、縮小処理手段206において、目標解像度まで縮小する。例えば、目標解像度が取得した解像度に対して7/16である場合は、それに最も近い値は4/8であるからN=4となり、4×4の低周波成分を用いて直交逆変換が為される。これによって、4/8まで縮小されたので、さらに、双三次補完等の一般的な縮小アルゴリズムによって、目標とする7/16まで縮小すればよい。
またあるいは、縮小処理手段206のみで縮小処理を実施したほうが、演算量・得られる縮小画像の精度などの点で効率がよい場合は、逆変換手段205においては全ての周波数成分を用いて高速逆DCTアルゴリズムによる直交逆変換を行い、縮小処理については縮小処理手段206のみを用いてもよい。例えば、目標解像度が取得した解像度の13/16である場合は、N=7として7×7の低周波成分を用いて直交逆変換をした後に、一般的な縮小アルゴリズムを用いて縮小処理を完了するよりも、すべての周波数成分を用いて高速に直交逆変換を行った上で縮小処理手段206を用いて縮小処理を実施したほうが、演算量や得られる縮小画像の精度の点で効率がよい。
縮小方法決定手段204は、上記のいずれかの方法を、適宜決定し、復号化手段201によって復号化された画像データを振り分ける。
逆変換手段205は、上述したように、周波数決定手段203によって決定された低周波成分を用いて、可変長復号化された画像データを直交逆変換する。この時点で、目標解像度と同じか、あるいはそれに最も近い解像度への縮小処理が為されることになる。このとき、逆変換手段205においては、Nの値、すなわち、決定された低周波成分に応じて以下のような行列式を用いて、復号化された画像データを逆変換する。
すなわち、N=3の場合は、(数4)あるいは(数5)で表すような行列式を用いて直交逆変換を実施し、N=5の場合は、(数7)で表すような行列式を用いて直交逆変換を実施し、N=6の場合は、(数9)で表すような行列式を用いて直交逆変換を実施し、N=7の場合は、(数11)で表すような行列式を用いて直交逆変換を実施する。また、N=1,2,4の場合は、一般の高速逆DCTアルゴリズムを用いて直交逆変換を実施するものである。
次に、縮小処理手段206は、双三次元補完などの一般的な縮小処理アルゴリズムを実施するものである。逆変換手段205によって目標解像度に最も近い解像度への縮小処理がなされた画像データを、さらに目標解像度まで縮小したり、あるいは、元画像の解像度のまま高速に直交逆変換された画像データを、目標解像度まで縮小する手段である。例えば、7/16に縮小する場合は、それに最も近い値は4/8であるからN=4となり、直交逆変換に用いるのは4×4の低周波成分と決定されており、決定された低周波成分のみを用いて逆変換手段204によって、直交逆変換が実施されることで4/8まで縮小処理がされる。これをさらに、縮小処理手段206が、一般的な縮小処理アルゴリズムによって、7/16となるように縮小処理を実施する。あるいは、目標解像度の値によっては、逆変換手段205による縮小処理を経ずに(すなわち、逆変換手段205においては全ての周波数成分を用いて直交逆変換をして)、縮小処理手段206によってのみ縮小処理を実施するものでもよい。既に述べたように、例えば、13/16に縮小する場合は、可変長復号化された画像データをすべての周波数成分を用いて高速に直交逆変換して、縮小処理手段206によって縮小処理を施すほうが、逆変換手段205においても縮小処理を経るよりも、得られる画像の精度がよく、且つ、演算量が少なくて済み、効率がよい。
以上の画像処理方法並びに画像処理端末によって、任意の画像データを任意の縮小率へ高速に、且つ、高速化に伴い縮小画像の精度を落とすことなく、縮小処理を実施することができる。
また、画像処理を施す画像データのフォーマットは、JPEGに限らず、MPEG等の他の圧縮方法によるものでもよい。その場合は、画像データのフォーマットに応じた、逆直交変換の方法を採用すればよい。
また、画像処理を実施する端末として携帯電話を挙げたが、他にもパーソナルコンピューター、画像表示手段を備えるプリンタや、デジタルカメラにおいて、本発明の画像処理を実施するようにしてもよい。
尚、上記において詳細に説明した本発明の各実施形態は例示的なものに過ぎず、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲のみによって定められるべきものであることは言うまでもない。
本発明の画像処理方法の手順を示すフローチャート。 本発明の画像処理方法を実施する画像処理端末の構成を示すブロック図。
符号の説明
1 画像処理端末
10 受信手段
20 画像処理手段
30 表示手段
201 復号化手段
202 解像度取得手段
203 周波数決定手段
204 縮小方法決定手段
205 逆変換手段
206 縮小処理手段

Claims (9)

  1. 直交変換および可変長符号化を用いて符号化された画像データを、可変長復号化および直交逆変換を用いて復号化し、且つ、予め設定した目標解像度に解像度変換する画像処理方法であって、
    前記画像データを可変長復号化により復号し、
    前記画像データの解像度を取得し、
    前記取得した解像度と前記目標解像度とを比較して、当該比較結果に応じて直交逆変換において用いる低周波成分を決定し、
    前記比較結果に応じて、直交逆変換のみによる縮小方法か、直交逆変換および他の縮小アルゴリズムを用いる縮小方法か、前記他の縮小アルゴリズムのみを用いる縮小方法か、いずれの縮小方法を採用するかを決定し、
    決定した縮小方法に応じて前記復号化された画像データを縮小することを特徴とする画像処理方法。
  2. 請求項1に記載の画像処理方法であって、
    前記直交逆変換においては、決定された低周波成分のみを用い、且つ、前記目標解像度と前記取得した解像度との比に応じて決定される行列式を用いることを特徴とする、画像処理方法。
  3. 請求項2に記載の画像処理方法であって、前記画像データが8×8画素のDCT変換によって直交変換され、可変長符号化を用いて符号化された画像データであり、前記目標解像度が前記取得した解像度のN/8である場合、
    直交逆変換において用いる低周波成分は、N×Nの低周波成分と決定し、
    前記行列式は前記Nの値に応じて決定される
    ことを特徴とする画像処理方法。
  4. 請求項3に記載の画像処理方法であって、N=3の場合の行列式をBとし、
    Figure 0004510702
    とすると、行列式をBは、
    Figure 0004510702
    あるいは、
    Figure 0004510702
    を満たすものであることを特徴とする画像処理方法。
  5. 請求項3に記載の画像処理方法であって、N=5の場合の行列式をBとし、
    Figure 0004510702
    とすると、行列式をBは、
    Figure 0004510702
    を満たすものであることを特徴とする画像処理方法。
  6. 請求項3に記載の画像処理方法であって、N=6の場合の行列式をBとし、
    Figure 0004510702
    とすると、行列式をBは、
    Figure 0004510702
    を満たすものであることを特徴とする画像処理方法。
  7. 請求項3に記載の画像処理方法であって、N=7の場合の行列式をBとし、
    Figure 0004510702
    とすると、行列式をBは、
    Figure 0004510702
    を満たすものであることを特徴とする画像処理方法。
  8. 直交変換および可変長符号化を用いて符号化された画像データを、可変長復号化および直交逆変換を用いて復号化し、且つ、予め設定した目標解像度に解像度変換する画像処理を行う画像処理装置であって、
    前記画像データを受信する受信手段と、前記画像データを復号化し且つ縮小する画像処理手段と、前記画像処理手段によって得られた画像データを表示する表示手段とからなり、
    前記画像処理手段は、
    前記画像データを復号化する復号化手段と、
    前記画像データの元画像の解像度を取得する解像度取得手段と、
    前記取得した解像度と、前記目標解像度とを比較し、直交逆変換において用いる低周波成分を決定する周波数決定手段と、
    前記周波数決定手段が決定した低周波成分のみ、あるいは全ての周波数成分を用いて、前記復号化手段によって復号化された画像データを直交逆変換する逆変換手段と、
    前記逆変換された画像データを、さらに縮小する縮小処理手段と、
    前記取得した解像度と前記目標解像度に基づき、前記逆変換手段のみを用いる縮小方法か、前記逆変換手段および縮小処理手段を用いる縮小方法か、前記縮小処理手段のみを用いる縮小方法から、最適な縮小方法を決定する縮小方法決定手段と
    を備えることを特徴とする画像処理装置。
  9. 請求項8に記載の画像処理装置であって、
    前記逆変換手段は、前記目標解像度と前記取得した解像度との比に応じて決定される行列式によって、直交逆変換を行うことを特徴とする画像処理装置。
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